[发明专利]锂钛复合氧化物、改性钛酸锂材料及其制备方法、应用

说明书

本发明公开一种锂钛复合氧化物、改性钛酸锂材料及其制备方法、应用。该制备方法包括如下步骤：锂源化合物和钛源化合物的原料混合物，先经煅烧后，再进行表面还原处理即得锂钛复合氧化物；其中，原料混合物中锂元素与钛元素的摩尔比为b，且0.75＜b＜0.8；表面还原处理在还原气氛下进行，还原气氛为氢气气氛或者还原气氛为氢气和其他气体的混合气氛，其他气体为氮气和/或惰性气体，表面还原处理的温度为600‑800℃，表面还原处理的时间为5‑15h。该制备方法制得的锂钛化合物具有更高的离子和电子电导率，故可以减少电池极片制作过程中导电炭黑的添加，且制得的电池具有优异的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种锂钛复合氧化物、改性钛酸锂材料及其制备方法、应用。

背景技术

近年来，尖晶石型钛酸锂材料受到广泛关注。由于该材料在充放电过程中不会发生体积变化，因此具有优良的循环寿命；此外，钛酸锂材料具有高安全性，这是因为与传统碳负极材料相比，该材料具有更低的出现锂枝晶的可能性；另外，由于尖晶石结构的钛酸锂为陶瓷材料，因此电池不具有热扩散的效能。

然而，该材料也存在本征缺陷：1)尖晶石型钛酸锂材料离子导电性和电子导电性相对较低，影响电池倍率性能及循环寿命；2)材料具有很强的吸湿性，会在电池循环过程中造成电池产气，同时提高材料储存加工过程的难度。针对以上问题一般都通过材料表面包覆以及电池极片中添加导电剂来提高电池大电流充放电性能。目前，钛酸锂材料表面包覆技术以碳包覆以及无机物包覆为主。其中，碳包覆所用的碳源包括有机或无机碳源添加，经过高温裂解后在材料表面生产包覆碳层，该包覆层可以提高材料电子导电性，同时在一定程度上阻止材料与电解液的直接接触。无机物包覆以金属氧化物，氢氧化物，氟化物等为主。电池极片中导电剂多数以超级炭黑、乙炔黑、碳纳米管等为主。

上述背景技术中所述的高温裂解碳包覆方法是目前对锂电池材料改进的常用技术手段，然而该途径在达成一定的技术效果的同时也带来不可否认的技术问题：(1)高温裂解所形成的碳以无定形多孔碳为主，该结构同样具有吸水性，且吸附于其中的水分在后续使用过程中不容易烘出，电池易于胀气及寿命衰减；(2)高温裂解技术生产工艺相对复杂，且碳层厚度不容易控制，影响材料批次一致性；(3)高温裂解不完全的碳源表面带有一定的官能团，容易与电解液发生反应，造成电解液失效及电池寿命衰减。

另外，在电池中添加富足的导电炭黑虽然是弥补电池极片导电性的手段，但是这些炭物质本身无法形成稳定的SEI膜，且其表面的活性位点易于与电解液发生反应而产生大量的气体，导致电池循环受到破坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的高温裂解碳包覆方法所形成的无定形多孔碳具有吸水性在后续使用过程中不容易烘出，高温裂解技术生产工艺相对复杂、碳层厚度不容易控制、进而影响材料批次一致性，高温裂解不完全对材料性能有所影响，在电池中添加导电炭黑无法形成稳定的SEI膜、使得其表面的活性位点易于与电解液发生反应而产生大量的气体进而导致电池循环受到破坏的缺陷，而提供一种新型的锂钛复合氧化物、改性钛酸锂材料及其制备方法、应用。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：

本发明提供一种锂钛复合氧化物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：锂源化合物和钛源化合物的原料混合物，先经煅烧后，再进行表面还原处理即得锂钛复合氧化物；其中，所述原料混合物中锂元素与钛元素的摩尔比为b，且0.75＜b＜0.8；所述表面还原处理在还原气氛下进行，所述还原气氛为氢气气氛或者所述还原气氛为氢气和其他气体的混合气氛，所述其他气体为氮气和/或惰性气体，所述表面还原处理的温度为600-800℃，所述表面还原处理的时间为5-15h。

上述锂钛复合氧化物的制备方法中，所述b例如可为0.789。

上述锂钛复合氧化物的制备方法中，所述锂源化合物可为本领域常规使用的锂源化合物，所述锂源化合物较佳地为碳酸锂和/或氢氧化锂。